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Une étanchéité fiable grâce au PTFE expansé

La rédaction

Gore emploie un procédé spécial, développé en interne, pour étirer le PTFE afin d'augmenter sa résistance au fluage, ce qui améliore l'étanchéité des connexions et fait du PTFE expansé (ePTFE) le matériau idéal pour l'étanchéité des échangeurs de chaleur à tubes et calandre.

De manière générale, les échangeurs à tubes et calandre sont composés de plusieurs brides pour la connexion des fluides, dont une bride principale d'un diamètre beaucoup plus important. Cette bride assure l'étanchéité avec la bride de plaque tubulaire et celle-ci avec la bride de calandre. Sollicitées par la pression de service ou de test maximale (de l'ordre de plusieurs dizaines de bars), ces connexions assurent l'étanchéité avec l'environnement ambiant. Il arrive souvent que les faisceaux tubulaires soient regroupés et orientés par des chicanes. Cela nécessite une étanchéité au niveau de la tête de l'échangeur de chaleur et au niveau des chicanes. Les différentes dispositions nécessitent des formes de joints spécialement adaptées.

Les exigences techniques relatives à l'étanchéité au niveau de la bride principale sont déterminées par la combinaison de plusieurs facteurs comme les niveaux élevés de température et de pression, les variations de température, la géométrie complexe des surfaces à étancher due aux chicanes, souvent combinée à des brides de grand diamètre, ou encore des substances chimiquement agressives.

Cette fonction d'étanchéité est nettement restreinte par la tendance au fluage, cette déformation mécanique d'un élément - en l'occurrence, un joint - soumis à diverses charges et températures.. Dans un assemblage à brides, le fluage du matériau d'étanchéité se produit de telle manière qu'à une certaine température, l'effort se trouve réduit jusqu'à ce qu'un équilibre s'établisse entre la résistance à la rupture du joint et l'effort appliqué. Cette propriété est appelée « résistance au fluage ». La déformation intervient au point d'équilibre. Dans le cas d'un joint, la réduction de l'épaisseur du joint entraîne une diminution de l'allongement des boulons et, donc, de l'effort de serrage initial. Ce phénomène se traduit par une perte de l'effort de serrage dont la valeur est fonction de la résistance à la rupture du système d'étanchéité. Appelée « relaxation », cette perte de l'effort de serrage peut être suffisamment importante pour que les boulons se desserrent complètement. Elle est la principale raison pour laquelle le PTFE « ordinaire » n'est guère utilisé dans les échangeurs de chaleur.

Il existe différentes possibilités de réduire la tendance au fluage du PTFE, par exemple en ajoutant des charges1. Cette technique est applicable de façon limitée aux joints ruban, en raison de la flexibilité très réduite du PTFE chargé. De même, les simples bandes de PTFE sont peu adaptées, car il est difficile de leur donner la forme voulue sur les brides. Une solution efficace consiste à étirer le matériau PTFE. L'expansion mécanique génère une structure microporeuse qui modifie considérablement les propriétés du PTFE : il améliore, d'une part, l'adaptabilité à la surface à étancher grâce à une meilleure compressibilité2 et, d'autre part, la résistance au fluage. Il est dans ce cas essentiel que l'expansion soit aussi uniforme que possible, de sorte que les propriétés d'étanchéité soient identiques en tous points du joint et qu'elles le restent.

Les joints ruban en ePTFE se caractérisent par différentes propriétés. Et notamment la facilité et la rapidité d'adaptation sur les géométries de bride les plus complexes. La conception est flexible grâce à différentes largeurs qui acceptent des pressions en surface plus élevées. Ils sont non réutilisables, non biodégradables, non sujets au vieillissement. Ils présentent une résistance aux UV et à tous les agents chimiques (pH 0 à 14)3.

Les joints ruban en ePTFE multidirectionnel présentent donc toutes les qualités requises pour une utilisation sur des échangeurs de chaleur à tubes et calandre.

 

1/Handbuch Dichtungspraxis, 2003, 3e édition ; Wolfgang Tietze (éd.) ; Vulkan-Verlag Essen ; page 31, § 2.2.3 Modifizierte PTFE-Werkstoffe (PTFE modifiés).

2/Untersuchung und Anwendung von Dichtelementen, XVI. Dichtungskolloquium 2009 ; Alexander Riedl (éd.) ; Vulkan Verlag Essen; page 189, Experimentelle Quantifizierung der Anpassungsfähigkeit von Dichtungen.

3/À l'exception des métaux alcalins en fusion ou dissous et du fluor élémentaire à des températures et pressions élevées.

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